金属塑性加工的宏观规律.ppt

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1、金属塑性加工原理PrincipleofPlasticDeformationinMetalsProcessing第二篇金属塑性加工的流动与变形规律第3章金属塑性加工的宏观规律§3.1塑性流动规律（最小阻力定律）§3.2影响金属塑性流动和变形的因素§3.3不均匀变形、附加应力和残余应力§3.4金属塑性加工诸方法的应力与变形特点§3.5塑性加工过程的断裂与可加工性§3.1塑性流动规律（最小阻力定律）概念：最小阻力定律最小周边法则实际应用分析最小阻力定律变形过程中，物体各质点将向着阻力最小的方向移动。即做最少的功，走最短的路。与塑性变形应力应变增量理论中

2、的应变增量与应力偏量成正比的关系是一致的。图3-1开式模锻的金属流动修磨圆角，减小阻力增加飞边阻力在塑性加工中，既可用最小阻力定律定性地分析各种工序的金属流动，又可以通过调整某个方向的流动阻力，来改变金属在某些方向的流动量，使得成形合理。接触面上质点向周边流动的阻力与质点离周边的距离成正比质点向距离最短的周边移动→分成四个区流动的结果是变成椭圆形图3-2最小周边法则当接触表面存在摩擦时，矩形断面的棱柱体镦粗的流动模型：流动分界线对于其他任意断面，金属质点的流动方向也遵守最小阻力定律（最小周边法则），方坯在平锤间压缩时如图。随着镦粗的进行，方形截面逐

3、步变为园截面。宽展多于延伸，拔长效率低延伸多于宽展，拔长效率高(俯视图)图3-4拔长坯料的变形模式矩形截面坯料在平砧拔长时，当送进量l大于坯料宽度a时，金属多沿横向流动：图3-5不同宽度坯料轧制时宽展情况图3-6轨辊直径不同时轧件变形区纵横方向阻力图（D′＞D，B′2＞B2）图环形毛坯的变形趋向a)变形前的工具与毛坯b)拉深c)翻边d)胀形§3.2影响金属塑性流动和变形的因素3.2.1摩擦的影响3.2.2变形区的几何因素的影响3.2.3工具的形状和坯料形状的影响3.2.4外端的影响3.2.5变形温度的影响3.2.6金属性质不均的影响3.2.1摩擦

4、的影响摩擦影响的实质：由于摩擦力的作用，在一定程度上改变了金属的流动特性并使应力分布受到影响。图3-7圆柱体镦粗时摩擦力对变形及应力分布影响图3-9圆环镦粗的金属流动a)变形前b)摩擦系数很小或为零c)有摩擦3.2.2变形区的几何因素的影响变形区的几何因子（如H/D、H/L、H/B等）是影响变形和应力分布很重要的因素。图3-10钢球压缩时的流线图3-11受塑压时物体内部质点滑移变形的近似模型图3-12h2为各种数值时的情况3.2.3工具的形状和坯料形状的影响工具（或坯料）形状是影响金属塑性流动方向的重要因素。工具与金属形状的差异，是造成金属沿各个方

5、向流动的阻力有差异，因而金属向各个方向的流动（即变形量）也有相应差别。图3-13型钻中拔长图3-14沿孔型宽度上延伸分布图a)圆型砧b)V型砧c)凸型砧3.2.4外端的影响外端（未变形的金属）对变形区金属的影响主要是阻碍变形区金属流动，进而产生或加剧附加的应力和应变。图3-15拔长时外端的影响（a）（b）图3-16开式冲孔时的“拉缩”图3-17弯曲变形对外端的影响3.2.5变形温度的影响变形物体的温度不均匀，会造成金属各部分变形和流动的差异。变形首先发生在那些变形抗力最小的部分。一般，在同一变形物体中高温部分的变形抗力低，低温部分的变形抗力高。图3

6、-18铝—钢双金属轧制时由不均匀变形产生的弯曲现象1——铝；2——钢3.2.6金属性质不均的影响变形金属中的化学成分、组织结构、夹杂物、相的形态等分布不均会造成金属各部分的变形和流动的差异。§3.3不均匀变形、附加应力和残余应力3.3.1均匀变形与不均匀变形3.3.2研究变形分布的方法3.3.3基本应力与附加应力3.3.4残余应力3.3.1均匀变形与不均匀变形若变形区内金属各质点的应变状态相同，即它们相应的各个轴向上变形的发生情况，发展方向及应变量的大小都相同，这个体积的变形可视为均匀的。不均匀变形实质上是由金属质点的不均匀流动引起的。因此，凡是影

7、响金属塑性流动的因素，都会对不均匀变形产生影响。均匀变形是相对的，不均匀变形是绝对的。不均匀变形随处可见，如“鼓形”、“舌头”、“鱼尾”、“镰刀弯”、“波浪”等。3.3.1均匀变形与不均匀变形图2.13不同温度以0.01s-1的应变速率压缩后试样的形貌(a)340℃；(b)380℃；(c)420℃；(d)440℃3.3.2研究变形分布的方法网格法：观察变形前后网格尺寸的变化。硬度法：冷变形金属的硬度随变形程度而提高。比较晶粒度法：再结晶晶粒尺寸与变形程度的关系。有限元模拟：网格变化、等效应变分布等。研究变形分布的方法很多，常见的有：楔形板轧制不同部

8、位金相组织图2.19高向应变为60%时试样不同部位的的金相组织压缩试样压缩试样（b）（c）（b）（a）（c）（a）图3.5